4. Выбор схемы электроснабжения

Цеховые сети выполняются по радиальным и магистральным схемам. От шин НН подстанции отходит питающая линия, которая по радиальной или магистральной схеме обеспечивает питание цеховых РП, а от них по распределительной сети электроприемники.

Характеристики схем электроснабжения:

- магистральные схемы питания используются для равномерно распределенной нагрузки в цехах, где приемники расположены близко друг к другу. Магистральные схемы удобны для машиностроительного производства, где возможна перегруппировка приемников, изменение технологического процесса.

- радиальные схемы: распределительные сети (от цеховых РП) выполняются по радиальной схеме, что дает возможность оперативно заменить или переносить ЭП, не оказывая влияние на общецеховую систему электроснабжения.

Выбираем для данной системы электроснабжения радиальную схему исходя из того, что радиальная сеть имеет высокую надежность питания ЭП, при ней обеспечивается удобства автоматизации отдельных технологических элементов сети, автоматизация переключений и более удобное выполнение релейной защиты. Выбор также обусловлен наличием в цехе относительно мощных ЭП.

Силовые распределительные пункты.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяют распределительные пункты (шкафы) с плавкими предохранителями или автоматическими выключателями. В сетях переменного тока напряжением 380В частотой 50 и 60Гц выпускаются шкафы ПР8501. Ввод проводников с алюминиевыми и медными жилами в шкафы допускается как сверху, так и снизу.

Силовые пункты и шкафы выбираются с условием воздуха рабочей зоны, числа подключаемых приемников и их расчетной нагрузки так, чтобы расчетный ток группы ЭП, подключенных к пункту должен быть не больше номинального тока распределительного пункта. Выбираем шкафы типа ПР8501: шкаф (пункт) распределительный класса низкого напряжения комплектного устройства ввода и распределения электроэнергии; группа класса – распределение энергии с применением автоматических выключателей переменного тока; напольной установки; степень защиты IP21 ввод снизу кабелем с пластмассовой изоляцией. Шкафы для распределительных пунктов (РП) принимаем с выключателями ВА51Г-31, ВА51Г-25, ВА51Г-35 без выключателей на вводе с зажимами. РП устанавливаем в местах удобных для обслуживания. Конструктивно шкафы размещаем на полу, у стен.

Схема внутрицеховой сети.

Рис. 4.1

Схема распределительного пункта.

Рис.4.2

Схема питания РП.

Рис. 4.3

5. Расчет электрических нагрузок цеха

Расчет электрических нагрузок является первоочередной и наиболее ответственной задачей.

Для расчета нагрузки цеха используем метод упорядоченных диаграмм. Данный метод применяется для массовых электроприемников. Он устанавливает связь рабочей нагрузки с режимом работы электроприемников на основе вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки.

Нагрузка промышленных предприятий или отдельных цехов обычно состоит из электроприемников различной мощности. Поэтому все электроприемники цеха разбиваются на группы приемников однотипного режима работы с выделением в каждой группе характерных подгрупп электроприемников с одинаковыми коэффициентами использования и мощности.

5.1 Расчет силовой нагрузки цеха.

Определяем значение P_н для ЭП позиции № 6;17;61 по формуле:

Далее в расчетах используем лишь данное значение мощности.

Таблица 5.1

Группа потребителей

№ группы	Кол-во потребит. n, шт	Мощность, Pном, кВт	№ позиции
РП-1
1	4	1,7	15
2	2	15,5	17
3	2	20	19
РП-2
4	1	7,5	6
5	2	17	31
6	1	12	32
7	1	20	33
8	1	14	34
9	1	7	35
РП-3
10	2	3,7	55
11	2	4,2	56
12	4	3,7	57
13	2	4,5	58
14	1	10	59
15	1	25,3	61

Таблица 5.2

Распределительные пункты.

РП	№ позиции	Количество потребителей
РП 1	15,17,19	8
РП 2	6,31,32,33,34,35	7
РП 3	55,56,57,58,59,61	12

Данные трансформатора ТМ-400/10/0,4:

Номинальная мощность – S=0,4 МВА;

Напряжение – U_ВН = 10 кВ, U_НН = 0,4 кВ, U_К=4,5 %;

Мощность КЗ – P_КЗ = 5,5 кВт;

Сопротивления – Z_T = 16 мОм, Z_T⁽¹⁾ = 129 мОм.

Порядок определения расчетной нагрузки по методу упорядоченных диаграмм следующий:

Для электроприемников с повторнократковременным режимом номинальная мощность определяется по формуле:

(5.1)

где – мощность ЭП по паспорту, кВт.

ПВ – продолжительность включения в относительных единицах.

Рассчитываем среднесменные нагрузки и .

кВт, (5.2) где – коэффициент использования для данной группы электроприемников, определяется по табл. 1-3 [Л1]

– суммарная номинальная мощность данной группы электроприемников, кВт.

, кВ∙Ар, (5.3)

ПВ – продолжительность включения в относительных единицах.

Рассчитываем среднесменные нагрузки и .

tg - коэффициент мощности для данной группы электроприемников

(таблица 2.1[Л3]).

Определяем число эффективных (приведенных) электроприемников n_э. Число электроприемников определяют по следующим показателям:

а) по количеству фактически присоединенных электроприемников к источнику питания n;

б) показателю силовой сборки m;

в) коэффициента использования средних мощностей ;

г) активной номинальной мощности по индивидуальному графику .

, (5.4)

где – значение мощности наиболее мощного электроприемника в группе, кВт;

– значение мощности наименее мощного электроприемника в группе, кВт.

(5.5)

(5.6)

По таблице 3,2 [Л2] определяем значения коэффициента максимума К_max, который соответствует значениям К_и и n_э. По коэффициенту максимума определяют значение максимальной расчетной нагрузки P_max.

P_max = K_max  P_см, кВт (5.7)

Q_max = K’_max  Q_см, кВ∙Ар, (5.8)

где К’_max – определяется из условия K’_max = 1,1 если nэф  10 или K’_max = 1 если n_эф >10.

Определяем значение расчетной полной мощности, максимальное значение расчетного тока I_max и cos, соответствующий этой нагрузке.

(5.9)

(5.10)

Исходные данные и результаты расчета сведены в табл. 5.4.

Для примера рассмотрим расчет нагрузки на РП-1.

Подсоединяем к РП-1 электроприемники с номерами 15,17,19.

Разбиваем электроприемники на группы с одинаковыми К_и, cos.

Определяем среднесменную нагрузку по формулам (5.2) и (5.3) для первой группы в которую вошел станок 15.

= 0,12  1,74=0,816 кВт;

= 0,12 1,74 2,29= 1,86 кВ∙Ар.

Аналогично определяем нагрузку для остальных групп электроприемников, входящих в нагрузку РП-1.

Определяем модуль силовой сборки по формуле (5.4):

.

Определяем средний коэффициент использования по формуле (5.5):

< 0,2.

Определяем средний cos по формуле (5.6):

.

Значения n, и m удовлетворяют следующему условию:

n  5; m >3; < 0,2;  const.

Значение n_э вычисляется по формуле:

(5.11)

По табл. 4-3 [Л.2] определяем значение с помощью интерполяции:

Определяем значение максимальной расчетной нагрузки по формулам (5.7) и (5.8):

= 3,0212,9 = 39 кВт;

т.к. nэф = 4 <10, то = 1,1

= 1,1  15,97=17,58 кВ∙Ар.

Определяем значение расчетной полной мощности по формуле (5.9):

кВ∙А.

Определяем максимальное значение расчетного тока по формуле (5.10):

А.

5.2 Выбор местоположения цеховой трансформаторной подстанции

Местоположение трансформаторной подстанции определяем с помощью картограммы, на которую нанесены координаты каждого электроприемника (рис. 1).

С помощью картограммы мы условно находим центр нагрузок цеха как активных (X_а, Y_a), так и реактивных (X_p, Y_p), мощностей по формулам:

, мм, (5.12) где – номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

– координата по оси абсцисс на картограмме i-го электроприемника, мм.

, мм, (5.13)

где - координата по оси ординат на картограмме i-го электроприемника, мм.

Таблица 5.3

Координаты местоположения расчетных нагрузок.

Позиция ЭП по плану	Расчетная мощность ЭП	Координата ЭП по оси Х	Координата ЭП по оси Y	Произведение	Произведение
	кВт	мм	мм	кВт мм	кВт мм
15.1	1,7	125	83	212,5	141,1
15.2	1,7	132	83	224,4	141,1
15.3	1,7	139	83	236,3	141,1
15.4	1,7	146	83	248,2	141,1
17.1	15,5	178	74	2759	1147
17.2	15,5	185	74	2867,5	1147
19.1	20	185	100	3700	2000
19.2	20	208	100	4160	2000
6	7,5	32	84	240	630
31.1	17	20	69	340	1173
31.2	17	20	60	340	1020
32	12	22	51	264	612
33	20	32	59	640	1180
34	14	43	71	602	994
35	7	43	48	301	336
55.1	3,7	185	50	684,5	185
55.2	3,7	203	58	751,1	214,6
56.1	4,2	203	65	852,6	273
56.2	4,2	203	49	852,6	205,8
57.1	3,7	212	65	784,4	240,5
57.2	3,7	212	49	784,4	181,3
57.3	3,7	225	58	832,5	214,6
57.4	3,7	225	49	832,5	181,3
58.1	4,5	212	58	954	261
58.2	4,5	225	65	1012,5	292,5
59	10	242	65	2420	650
61	25,3	254	53	6426,2	1340,9
ИТОГО	247,2			34328,2	17043,9

Производим расчеты по формулам (5.12) и (5.13): в результате получили расчетные координаты трансформаторной подстанции:

X_тп =103 мм Y_тп=82 мм.

X_рп1 =185 мм Y_рп1=88 мм.

X_рп2 =29 мм Y_рп2=63 мм.

X_рп3 =230 мм Y_рп3=57 мм.

Выбираем пристроенную ТП и устанавливаем ее в отдельное огороженное предназначенное специально для этого помещение. То есть пристроенного к контуру здания цеха с выкаткой трансформаторов на улицу, вход в ТП осуществляется со стороны улицы. Располагаем ТП ближе к питающей линии от ГПП, чтобы исключить обратные потоки мощности и тем самым уменьшить потери энергии в линии. Таким же образом выбираем место установки РП. Окончательно выбираем местоположение ТП и РП, указываем его на картограмме (рис. 5.1).

X_тп =235 мм Y_тп=117 мм.

X_рп1 = 210 мм Y_рп1=115 мм.

X_рп2 =48 мм Y_рп2=84 мм.

X_рп3 =233 мм Y_рп3=78 мм.

Рис. 5.1-Расположение ТП и РП

Таблица 5.4

Расчет электрических нагрузок электроприемников до 1000 В для РП1.

№ позиции	Наименование узлов питания	Коли- чес-тво ЭП	Установлен- ная мощность		Мо-дуль силов-ой сбор-ки	Коэф-фици-ент испо-льзо-вания	Коэф-фициент мощнос-ти	Тан- генс	Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену		Эффе-ктив- ное число ЭП	Коэф-фициент максимума	Максимальная расчетная мощность			Расчет-ный ток
			Одно-го	Обще- го
-			Р н кВт	Р н кВт	m	Ки	cosj	tgj	Р см кВт	Q см к ВАр	nэф	Кm	Рр кВт	Qр кВАр	Sр кВА	Iр А.
	РП-1
15	Радиально-сверлильный станок	4	1,7	6,8	-	0,12	0,4	2,29	0,81	1,86	-	-	-	-	-	-
17	Ножницы отрезные	2	20 (ПВ= =60%)	40(ПВ= =60%)	-	0,17	0,65	1,17	5,27	6,16	-	-	-	-	-	-
19	Вертикально-сверлильный станок	2	20	40	-	0,17	0,65	1,17	6,8	7,95	-	-	-	-	-	-
ИТОГО по РП 1		8	1,7-20	77,8	11,76>3	0,15	0,43	2,12	12,88	15,97	3,9	3,02	39	17,58	42,8	65

Продолжение таблицы 5.4

Расчет электрических нагрузок электроприемников до 1000 В для РП2.

№ позиции	Наименование узлов питания	Коли- чес-тво ЭП	Установлен- ная мощность		Мо-дуль силов-ой сбор-ки	Коэф-фици-ент испо-льзо-вания	Коэф-фициент мощнос-ти	Тан- генс	Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену		Эффе-ктив- ное число ЭП	Коэф-фициент максимума	Максимальная расчетная мощность			Расчет-ный ток
			Одно-го	Обще- го
-			Р н кВт	Р н кВт	m	Ки	cosj	tgj	Р см кВт	Q см к ВАр	nэф	Кm	Рр кВт	Qр кВАр	Sр кВА	Iр А.
	РП-2
6	Сварочный автомат	1	15 (ПВ= =25%)	15 (ПВ= =25%)	-	0,3	0,65	1,17	2,62	2,67	-	-	-	-	-	-
31	Шлифовальный станок	2	17	34	-	0,17	0,65	1,17	10,2	11,93	-	-	-	-	-	-
32	Токарный станок	1	12	12	-	0,17	0,65	1,17	2,04	2,38	-	-	-	-	-	-
33	Токарный станок	1	20	20	-	0,17	0,65	1,17	3,4	3,97	-	-	-	-	-	-
34	Токарно-револьверный станок	1	14	14	-	0,17	0,65	1,17	2,38	2,78	-	-	-	-	-	-
35	Токарно-лобовой станок	1	7	7	-	0,12	0,4	2,29	0,84	1,92	-	-	-	-	-	-
ИТОГО по РП 2		7	7-20	94,5	2,86<3	0,23	0,64	1,19	21,48	25,65	7	2,01	43,18	28,2	51,57	78,45

Продолжение таблицы 5.4

Расчет электрических нагрузок электроприемников до 1000 В для РП3.

№ позиции	Наименование узлов питания	Коли- чес-тво ЭП	Установлен- ная мощность		Мо-дуль силов-ой сбор-ки	Коэф-фици-ент испо-льзо-вания	Коэф-фициент мощнос-ти	Тан- генс	Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену		Эффе-ктив- ное число ЭП	Коэф-фициент максимума	Максимальная расчетная мощность			Расчет-ный ток
			Одно-го	Обще- го
-			Р н кВт	Р н кВт	m	Ки	cosj	tgj	Р см кВт	Q см к ВАр	nэф	Кm	Рр кВт	Qр кВАр	Sр кВА	Iр А.
	РП-3
55	Горизонтально-фрезерный станок	2	3,7	7,4	-	0,12	0,4	2,29	0,88	2,03	-	-	-	-	-	-
56	Вертикально-фрезерный станок	2	4,2	8,4	-	0,12	0,4	2,29	1	2,30	-	-	-	-	-	-
57	Токарно-винторезный станок	4	3,7	14,8	-	0,12	0,4	2,29	1,77	4,06	-	-	-	-	-	-
58	Токарно-лобовой станок	2	4,5	9	-	0,12	0,4	2,29	1,08	2,47	-	-	-	-	-	-
59	Универсальный токарный станок	1	10	10	-	0,12	0,4	2,29	1,2	2,74	-	-	-	-	-	-
61	Кран-балка электрическая	1	40 (ПВ= =40%)	40 (ПВ= =40%)	-	0,1	0, 5	1,73	2,53	4,37	-	-	-	-	-	-
ИТОГО по РП 3		12	3,7-25,3	74,9	6,84>3	0,12	0,58	1,41	8,46	17,97	4,8	3,09	26,14	19,77	32,77	49,85